Inleiding tot cycline
Cycline is een type eiwit dat in een celcyclus tot expressie komt, zich ophoopt en weer wordt afgebroken, en het werkt samen met cycline-afhankelijke kinases om de functie van de celcyclus te beïnvloeden. Cycline is betrokken bij de celcyclus-gereguleerde eiwitten, en de concentratie ervan is cyclisch en cyclisch in de celcyclus. Afhankelijk van het stadium van de celcyclus is de concentratie soms wel enkele duizenden keren zo hoog, en soms daalt zij tot nul. Als regulerende subeenheid bindt cycline zich aan cycline-afhankelijke proteïnekinasen en activeert deze. Verschillende cyclines komen in verschillende perioden van de celcyclus tot expressie. In zoogdiercellen begint cycline A tot expressie te komen en stapelt zich geleidelijk op in de vroege G1-fase, waarbij de G1/S-verbinding wordt bereikt, en het gehalte het maximum bereikt en in de G2/M-fase blijft. Cycline B komt tot expressie vanaf de late G1-fase en stapelt zich geleidelijk op. Het bereikt het maximum in de late G2-fase en handhaaft zich tot de middenfase van de M-fase, en breekt dan snel af. Cycline D, een cycline van de G1-fase, komt voortdurend tot expressie in de celcyclus, terwijl cycline E tot expressie komt en geleidelijk accumuleert in de late M-fase en vroege G1-fase, het maximum bereikt in de late G1-fase, en dan geleidelijk zijn maximum bereikt en afneemt tot de late G2-fase. Cycline speelt een belangrijke rol in de regulatie van de celcyclus. Het bestuderen van het mechanisme van cyclines is van groot belang voor de behandeling van kanker.
Cyclinefamilieleden en hun functies respectievelijk
Tot nu toe zijn menselijke cyclines geïsoleerd en benoemd in een totaal van 8 categorieën, namelijk A tot H, en omvatten enkele subklassen (zoals cycline D1, D2, D3), waarvan F, G, H de nieuwste ontdekkers zijn. Alle cyclines vertonen bepaalde overeenkomsten in aminozuursequentie en dienen derhalve als moleculaire structurele markers van cyclines. Dit homologe aminozuurgebied in cycline is de zogenaamde cyclinecassette, een sterk geconserveerd 100-150 aminozuur-sequentiegebied tussen cyclines van verschillende organismen. Het menselijke cycline bevat ook een defecte cassette of een aminozuursequentieregio die rijk is aan proline-, glutaminezuur-, asparaginezuur-, serine- en threonineresiduen (hierna aangeduid als PEST-aminozuursequentieregio). De binding van cycline B aan het cycline-afhankelijke kinase p34CDC2 regelt het begin en het einde van de mitose, die wordt gesynthetiseerd van de S-fase tot de G2 /M-fase, en zich geleidelijk ophoopt en bindt aan p34CDC2. In de M-fase wordt het geleidelijk afgebroken; het verlaten van de M-fase daarentegen hangt af van de snelle afbraak van het cycline in de late fase van de deling, wat resulteert in het vrijkomen van de inactieve subeenheid p34CDC2. In menselijke cellen hoopt cycline B zich op in het cytoplasma en komt de kern binnen voordat het kernmembraan verdwijnt. Eenmaal geactiveerd fosforyleert cycline B/CDC een groep eiwitten, waaronder lamin, vimentine en calcium, die een belangrijke rol spelen bij de chromosoomconcentratie, het uiteenvallen van de kernmembraan, de depolymerisatie van intermediaire filamenten en de reorganisatie van microfilamenten. Cycline B speelt ook een belangrijke rol bij de fase-overgang van mitose, en is een klassiek splitsingscyclus-eiwit. Cycline A speelt een rol in zowel de G2/M als de G1/S faseovergangen. Het verschijnt vóór het begin van de DNA-synthese, en het neemt geleidelijk toe tot de pre-splitsingsfase en breekt af in de middenfase. Wanneer het mitose induceert, verschilt het in vele opzichten van het echte mitotische cycline B. Het cycline C-gehalte verandert weinig gedurende de gehele celcyclus, met slechts een lichte stijging in het vroege G1. Cycline C-mRNA piekt in het midden van G1 in gesynchroniseerde HeLa-cellen, wat vroeger is dan cycline A, dat mogelijk een rol speelt in G1. Cycline E heeft een duidelijke periodieke expressie in de celcyclus, en zijn piek ligt in de G1 /S fase-overgang. Het heeft de functie om de cel in de S-fase te brengen, wat de snelheidsbeperkende factor in de G1/S-fase-overgang kan zijn. In zoogdiercellen bindt het net als cycline A aan p33CDK2, een complex dat histon H1-kinaseactiviteit heeft in de vroege G1- en S-fase, maar cycline A en E kunnen een wisselwerking aangaan met retinoblastoma-eiwit tot afzonderlijke complexen, wat suggereert dat CDK2/cycline A of E complexen indirect de genexpressie in de G1- en S-fase kunnen reguleren. Cycline E kan een rol spelen in cycline D, dat een belangrijke rol speelt bij de initiatie van DNA-replicatie, de G1 /S-omzetting, en de overexpressie ervan versnelt de binnenkomst van de cel in de S-fase. Cycline D kan de vroege G1-fase van het proces controleren, vóór of tegelijk met cycline E. Cycline D heeft drie subtypes (D1, D2, D3), en de expressie ervan varieert van cel tot cel, en wordt gecontroleerd door verschillende chromosomale regio’s (D1: 11q13; D2: 12p13; D3: 6p21). Subtypes kunnen verschillende effecten hebben. De opmerkelijke kenmerken van cycline D zijn: het komt tot expressie als reactie op externe stimuli, vertoont een hoge induceerbaarheid voor groeifactoren en fungeert als een groeifactorsensor, die een belangrijke rol speelt bij het koppelen van externe signalen aan de binnenste celcyclus. Deze rol, op zijn beurt, leidt ertoe dat zijn ongecontroleerde expressie de celcyclus niet langer of minder afhankelijk maakt van groeifactoren en kanker kan induceren. Het cycline D-CDK complex is de beste kandidaat voor het G1 stadium retinoblastoma (Rb) proteïne kinase. Cycline D bindt zich aan de N-terminale regio van het Rb eiwit, fosforyleert Rb in de late G1 fase, en de synthese en activering van cycline D1 leidt tot inactivering van de fosforylering van Rb en down-regulering van cycline D1, en het D1-CDK4 complex vormt een negatieve terugkoppeling in de G1 fase, die op zijn beurt de expressie van cycline D1 uitschakelt. Cycline D en Rb spelen een belangrijke rol in de celproliferatie en -differentiatie, wanneer cycline D1 anders is in de G1 fase. In de bronexpressie is de fosforylering van Rb vroeger dan normaal; de G1-fase is versneld, en anti-cycline D1 antilichaam is microgeïnjecteerd in G1 vroeg tot metafase cellen; de meeste cellen zijn gearresteerd vóór de S-fase, en gebrek aan functioneel Rb kan deze blokkering niet veroorzaken; geconcludeerd wordt dat de belangrijke rol van cycline D1 is om de fosforylering van Rb te inactiveren, en zo de intrede in de S-fase en DNA replicatie te induceren. CyclinF is het meest voorkomende cycline-eiwit (molecuulgewicht 87 kDa), en zijn mRNA komt universeel tot expressie in diverse menselijke weefselcellen, en er zijn significante veranderingen in de celcyclus. De piek ligt in de G2-fase, net als bij cycline A, en neemt af voordat het cycline B-mRNA-niveau daalt. Het cycline F-eiwit hoopt zich op in de intercellulaire fase en wordt vernietigd tijdens de mitosefase. Het bevindt zich in de meeste cellen in de celkern. Overexpressie of mutatie in menselijke cellen leidt tot een gebrek aan PEST-aminozuursequentieregio’s, wat leidt tot een toename van cellen in de G2-fase. Cycline G lijkt het meest op het Cycline B van fission yeast, dat een rol speelt bij de G1/S-omzetting, maar het mRNA van cycline G is niet duidelijk celafhankelijk, maar kan door celgroei worden gestimuleerd. De factor induceert en handhaaft een verhoogd niveau. Het cycline g-gen bevat twee verschillende bindingsplaatsen voor p53, waarvan één zich stroomopwaarts van de initiatieplaats van de transcriptie bevindt, hetgeen suggereert dat p53 de mogelijkheid heeft het cycline g-gen efficiënt te activeren. Cycline H, dat een downstream mediator van p53 is, althans in biologisch effect, is een eiwit met een molecuulgewicht van 37 kD dat werd gevonden door CDK-activerend kinase (CAK) te isoleren en te zuiveren.
Functie van cycline
De studie van het verband tussen de celcyclus en kanker is van richtinggevend belang voor het klinisch oncologisch onderzoek. Het kan bepaalde doelen opleveren voor klinische behandeling, zoals het blokkeren van cycline D, of het nabootsen van de werking van celcyclusremmers om de celdeling van kanker te remmen, en enkele indicatoren opleveren voor klinische diagnose, differentiële diagnose, en prognose. Michaelet al analyseerden de bcl-1 genherschikking en cycline D1 eiwitexpressie in 32 gevallen van mantelcellymfoom, 17 gevallen van bcl-1 genherschikking, en 24 gevallen van cytoplasmatische cycline D1 expressie, en 40 gevallen van controlegroep slechts 9 gevallen van niet-MCL B cellymfoom waren positief. Zij menen dat cycline D1 kan worden gebruikt als differentiële diagnose van MCL en als differentiële diagnose van B-cel lymfoom. Cycline komt periodiek tot expressie in de celcyclus, en bepaalde specifieke cycline-CDK complexen zijn vereist voor het doorlopen van een bepaalde celcyclus, wat suggereert dat cycline kan worden gebruikt als indicator van de proliferatieve toestand van cellen. De expressieratio van een bepaald cycline kan het aandeel van cellen in een bepaald weefsel in een bepaalde celcyclus voorspellen. Hoe hoger de kwaadaardigheid van tumorcellen, hoe ernstiger de stoornis van de celcyclus, zodat het mogelijk is de prognose van patiënten weer te geven aan de hand van de in de celcyclus getoonde informatie, en te fungeren als een mogelijke prognostische indicator. Keyomarsi et al. gebruikten 9 gevallen van borstkanker chirurgische specimens en aangrenzende niet-kankerachtige weefsels als controle studies: In 8 gevallen van kankerweefsel kwam cycline E abnormaal tot expressie in kwaliteit en kwantiteit, en er bestonden ten minste 3 verschillende molecuulgewichten. Cycline E was overgeëxpresseerd, terwijl c-erbB2 slechts in 3 gevallen overgeëxpresseerd is. Met het toenemen van de tumor stadiëring, nam het gehalte aan cycline E eiwit aanzienlijk toe, terwijl het niveau van prolifererende cel nucleair antigeen (PCNA) slechts licht toenam. De cycline E structuur werd waargenomen in 4 van de hoogste stadiëringsgraden. Dutta et al. gebruikten anti-cycline A, B, E antilichamen om 48 paraffine secties van borstkanker op te sporen en stelden vast dat de gemiddelde positieve index van cycline A en B significant toenam met de toename van de S-fase (P < 0,05). Cycline A was positief gecorreleerd met Ki-67 en met de S-fase fractie (P < 0,05). Bellacosaet al bestudeerden 51 gevallen van primair larynx plaveiselcelcarcinoom en volgden gedurende 29 maanden. Men gelooft dat cycline-gen amplificatie kan worden gebruikt als een onafhankelijke prognostische indicator voor laryngeale kanker. Bettiche et al. onderzochten echter 53 gevallen van niet-kleincellige longkanker met chirurgische resectie, en 25 gevallen hadden cycline D1 overexpressie, die geassocieerd was met slechte weefseldifferentiatie, minder lymfocytaire infiltratie in de tumor, en lager lokaal recidiefpercentage (P < 0. 05). Zij menen dat grotere klinische studies nodig zijn om de prognostische betekenis van cycline D1 expressie verder te testen.
Reference
- He G, Kuang J, Koomen J, et al. Recruitment of trimeric proliferating cell nuclear antigen by G1-phase cyclin-dependent kinases following DNA damage with platinum-based antitumour agents. British Journal of Cancer. 2013, 109(9):2378-2388.
- Gang W, Cao J, Chen P, et al. Temporal and Spatial Expression of Cyclin H in Rat Spinal Cord Injury. Neuromoleculaire Geneeskunde. 2011, 13(3):187-196.
- Ibrahim N, Nazimi A J, Ajura A J, et al. The Clinical Features and Expression of bcl-2, Cyclin D1, p53, and Proliferating Cell Nuclear Antigen in Syndromic and Nonsyndromic Keratocystic Odontogenic Tumor. Tijdschrift voor Craniofaciale Chirurgie. 2016, 27(5):1.
- Wang X, Wolgemuth D J, Baxi L V. Overexpressie van HOXB5, cycline D1 en PCNA in congenitale cystische adenomatoïde malformatie. Foetale Diagnose & Therapie. 2011, 29(4):315-320.